Mid-Infrared Photothermal–Fluorescence In Situ Hybridization for Functional Analysis and Genetic Identification of Single Cells

化学 原位 荧光原位杂交 荧光 计算生物学 生物物理学 荧光寿命成像显微镜 分子生物学 生物化学 基因 生物 有机化学 物理 渔业 量子力学 染色体
作者
Yeran Bai,Zhongyue Guo,Fátima C. Pereira,Michael Wagner,Ji‐Xin Cheng
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (4): 2398-2405 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c04474
摘要

Simultaneous identification and metabolic analysis of microbes with single-cell resolution and high throughput are necessary to answer the question of "who eats what, when, and where" in complex microbial communities. Here, we present a mid-infrared photothermal-fluorescence in situ hybridization (MIP-FISH) platform that enables direct bridging of genotype and phenotype. Through multiple improvements of MIP imaging, the sensitive detection of isotopically labeled compounds incorporated into proteins of individual bacterial cells became possible, while simultaneous detection of FISH labeling with rRNA-targeted probes enabled the identification of the analyzed cells. In proof-of-concept experiments, we showed that the clear spectral red shift in the protein amide I region due to incorporation of 13C atoms originating from 13C-labeled glucose can be exploited by MIP-FISH to discriminate and identify 13C-labeled bacterial cells within a complex human gut microbiome sample. The presented methods open new opportunities for single-cell structure-function analyses for microbiology.
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